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公開番号2025125467
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024021533
出願日2024-02-15
発明の名称エンジン搭載車両の燃料改質システム
出願人マツダ株式会社
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類F02M 27/02 20060101AFI20250820BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】車両の搭載に適した燃料改質システムを提供する。
【解決手段】燃料改質システム1は、レシプロエンジン3と、炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解する分解器6と、分解器へ炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給装置(第3ポートインジェクタ46)と、を備え、レシプロエンジンは、シリンダ31と分解器とを連通させると共に開閉弁38によって開閉される第3のポート37を有し、開閉弁は、ピストンの上昇によりシリンダ内の燃焼ガスが分解器へ供給される行程、及び、ピストンの下降によりカーボン及び水素ガスが除かれた燃焼ガスが第3のポートからシリンダへ導入される行程において開弁し、炭化水素燃料供給装置は、開閉弁が閉弁している行程中に、炭化水素燃料を、開閉弁と分解器との間の第3のポート内へ噴射する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
車両に搭載されかつ、シリンダ内のピストンが往復動するレシプロエンジンと、
炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解する分解器と、
前記分解器へ前記炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給装置と、を備え、
前記レシプロエンジンは、吸気ポートと、排気ポートと、前記シリンダと前記分解器とを連通させると共に開閉弁によって開閉される第３のポートと、を有し、
前記開閉弁は、前記ピストンの上昇により前記シリンダ内の燃焼ガスが前記分解器へ供給される行程、及び、前記ピストンの下降によりカーボン及び水素ガスが除かれた燃焼ガスが前記第３のポートから前記シリンダへ導入される行程において開弁し、
前記炭化水素燃料供給装置は、前記開閉弁が閉弁している行程中に、前記炭化水素燃料を、前記開閉弁と前記分解器との間の前記第３のポート内へ噴射する、エンジン搭載車両の燃料改質システム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
車両に搭載されかつ、シリンダ内のピストンが往復動するレシプロエンジンと、
炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解する分解器と、
前記分解器へ前記炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給装置と、を備え、
前記レシプロエンジンは、吸気ポートと、排気ポートと、前記シリンダと前記分解器とを連通させると共に開閉弁によって開閉される第３のポートと、を有し、
前記開閉弁は、前記ピストンの上昇により前記シリンダ内の燃焼ガスが前記分解器へ供給される行程、及び、前記ピストンの下降によりカーボン及び水素ガスが除かれた燃焼ガスが前記第３のポートから前記シリンダへ導入される行程において開弁し、
前記分解器は、触媒によって前記炭化水素燃料を分解する触媒部と、前記触媒部を挟んで前記第３のポートとは逆側のスペースであって、前記触媒部につながるスペースと、を有し、
前記炭化水素燃料供給装置は、前記開閉弁の開弁中であって、前記ピストンが上昇している行程中に、前記炭化水素燃料を、前記スペース内へ噴射する、エンジン搭載車両の燃料改質システム。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジン搭載車両の燃料改質システムにおいて、
前記炭化水素燃料供給装置は、開弁していた前記開閉弁が閉弁した直後に、前記炭化水素燃料を前記第３のポート内へ噴射する、エンジン搭載車両の燃料改質システム。
【請求項４】
請求項２に記載のエンジン搭載車両の燃料改質システムにおいて、
前記炭化水素燃料供給装置は、前記ピストンが上昇している行程における後半に、前記炭化水素燃料を前記スペース内へ噴射する、エンジン搭載車両の燃料改質システム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のエンジン搭載車両の燃料改質システムにおいて、
前記レシプロエンジンは、
前記ピストンの下降により、前記吸気ポートを通じて前記シリンダ内に、少なくとも吸気が導入される吸気行程、
前記シリンダ内へ供給された前記水素ガスを含む混合気が、前記ピストンの上昇により圧縮される圧縮行程、
前記混合気の燃焼により前記ピストンが下降する膨張行程、
前記ピストンの上昇により燃焼ガスが圧縮される再圧縮行程、
前記ピストンが下降する再膨張行程、及び、
前記ピストンの上昇により、前記排気ポートを通じて排気ガスが排出される排気行程を有する６ストロークサイクルを実行し、
前記開閉弁は、前記再圧縮行程及び前記再膨張行程において開弁し、かつ前記吸気行程、前記圧縮行程、前記膨張行程及び前記排気行程において閉弁する、エンジン搭載車両の燃料改質システム。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のエンジン搭載車両の燃料改質システムにおいて、
前記レシプロエンジンは、
前記シリンダ内へ供給された前記水素ガスを含む混合気が、前記ピストンの上昇により圧縮される圧縮行程、
前記混合気の燃焼により前記ピストンが下降する膨張行程、
前記ピストンの上昇により燃焼ガスが圧縮される再圧縮行程、及び、
前記ピストンの下降により、前記シリンダ内の排気ガスが前記排気ポートを通じて排出されつつ、前記吸気ポートを通じて前記シリンダ内に、少なくとも吸気が導入される掃気行程を有する変則４ストロークサイクルを実行し、
前記開閉弁は、前記再圧縮行程及び前記掃気行程において開弁し、かつ前記圧縮行程及び前記膨張行程において閉弁する、エンジン搭載車両の燃料改質システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、エンジン搭載車両の燃料改質システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、炭化水素をカーボンと水素とに直接分解する装置が記載されている。この従来の分解装置は、触媒が収容された反応器を備えている。炭化水素を含む原料ガスが反応器に供給されると、触媒の反応により生成されたカーボンが触媒に付着する。水素を含む反応ガスは反応器を通過する。反応器下流の水素精製装置は、反応ガス中の水素を精製し、水素濃度を高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１０４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両（例えば四輪自動車）の技術分野において、カーボンニュートラルへの取り組みが求められている。炭化水素燃料（ガソリン、及び／又は、軽油を含む）を利用するエンジンを搭載した車両においてカーボンニュートラルを実現するためには、エンジンの熱効率の向上、及び／又は、排気エミッション性能の向上に加えて、炭化水素燃料からカーボン（Ｃ）又はＣＯ
２
を回収する新たな技術が必要である。
【０００５】
炭化水素燃料を利用するエンジンが搭載された車両において、カーボン又はＣＯ
２
を回収しようとすれば、（１）炭化水素燃料の燃焼後にＣＯ
２
を回収する、又は、（２）炭化水素燃料の燃焼前に炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解し、カーボンを回収する、ことが考えられる。回収されたＣＯ
２
又はカーボンが車両に貯蔵されることを考慮すれば、ＣＯ
２
はカーボンよりも重いため、（２）の方が、車両の燃費性能の点で有利である。また、（２）であれば、水素ガスをエンジンの燃料として利用することも可能である。水素ガスを燃焼させれば、燃焼に起因する炭素酸化物が発生しないという利点もある。
【０００６】
そこで、前述した従来の分解装置を車両に搭載することが考えられる。従来の分解装置は、触媒を昇温するための加熱装置を備えている。従来の分解装置が車両に搭載された場合、エンジンの熱を触媒の昇温に利用することが可能である。
【０００７】
ところが、水素ガスをエンジンの燃料に使用しようとすれば高濃度の水素ガスが必要である。従来の分解装置は、高濃度の水素ガスを得るために、水素を含む反応ガスから水素を精製するためのＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法による水素精製装置を必要としている。車両に、水素精製装置を搭載することは、車両重量を増大させるという不都合がある。従来の分解装置は、車両の搭載には不向きである。
【０００８】
ここに開示する技術は、車両の搭載に適した燃料改質システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
炭化水素燃料の分解と、水素ガスの分離とを同時に行う膜反応器（Membrane Reactor）を、車両の燃料改質システムに利用することが考えられる。膜反応器は、触媒を利用して炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解しながら、分離膜が水素ガスのみを透過させることにより、小型でありながら、高濃度の水素ガスを生成できる。ところが、膜反応器において高濃度の水素ガスを効率的に生成しようとすれば、膜反応器に供給する、炭化水素燃料を含む原料ガスの圧力を高めなければならない。
【００１０】
本願発明者らは、レシプロエンジンにおいて、ピストンの上昇によりシリンダ内のガスが圧縮されることに着目した。つまり、ここに開示する燃料改質システムは、レシプロエンジンにおいて生じた燃焼ガスの熱と、その燃焼ガスをピストンの上昇に伴い圧縮する際の圧力とを利用して、炭化水素燃料を分解する。車両に搭載される燃料改質システムの炭化水素燃料の分解プロセスは、レシプロエンジンの運転に組み合わされる。
（【００１１】以降は省略されています）

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